عنوان

شبیه سازی جریان سطحی – زیرسطحی آب و انتقال کود در آبیاری جویچه ای

Number

پ۲۸۹۵۷

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

شبیه سازی جریان سطحی – زیرسطحی آب و انتقال کود در آبیاری جویچه ای

First Statement of Responsibility

هانیه کاظمی

Name of Publisher, Distributor, etc.

کشاورزی

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۱

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۵۱ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

آبیاری و زهکشی

Date of degree

۱۴۰۱/۱۱/۱۸

Text of Note

با وجود افزایش استفاده از روش¬های آبیاری تحت فشار، بیش¬تر پروژه¬های آبیاری در سراسر دنیا هنوز شامل سیستم¬های سطحی می¬باشند. آبیاری سطحی روش اصلی آبیاری برای محصولات سبزیجات در منطقه پایین رودخانه کلرادو (LCRR) برای آینده قابل پیش¬بینی باقی خواهد ماند. به-دلیل خشکسالی طولانی در منطقه و نگرانی در مورد اثرات زیست محیطی مواد شیمیایی کشاورزی بر روی آب¬های زیرزمینی و سطحی، بهبود راندمان آبیاری همچنان از اهمیت بالایی برخوردار است. برآورد دقیق میزان آب نفوذی و توزیع مکانی آن در خاک از اهمیت بالایی در طراحی و مدیریت آبیاری جویچه¬ای برخوردار است. هدف اصلی این مطالعه بررسی تجربی حرکت سطحی – زیرسطحی آب و انتقال کودهای محلول در آب در طول یک جویچه آبیاری مسطح انتها بسته و شبیه¬سازی آن با استفاده از نرم¬افزارهای WinSRFR و HYDRUS 2D/3D به¬ترتیب برای جریان سطحی و زیرسطحی بود. در آبیاری جویچه¬ای، بیشتر سطح خاک مرطوب می¬شود. آب ممکن است از طریق تبخیر از سطح خاک از یک جویچه آبیاری شده از دست برود. تبخیر خاک به¬طور بالقوه بر توزیع رطوبت و املاح در نیمرخ خاک تاثیر می¬گذارد. اگرچه بسیاری از مطالعات تاثیر تبخیر را به¬علت این¬که در مقایسه با سایر شارها به¬طور قابل توجهی کوچک می¬باشد نادیده گرفته¬اند، بسیاری دیگر آن را در شبیه¬سازی¬ها گنجانده¬اند. با این¬حال، هیچ مطالعه¬ای برای مقایسه فرآیند جریان و انتقال در آبیاری جویچه¬ای با و بدون در نظر گرفتن اثر تبخیر از سطح خاک انجام نشده است. در مطالعه حاضر بررسی اثر تبخیر از سطح خاک بدون پوشش گیاهی بر توزیع آب و بروماید خاک و چگونگی تاثیر آن در توسعه پیازهای رطوبتی حاصل نیز لحاظ گردیده است. علاوه بر شبیه¬سازی توزیع رطوبت خاک با مدل HYDRUS 2D/3D، از روش تحلیل گشتاورها برای بیان توزیع آب زیرسطحی در یک جویچه آبیاری استفاده گردید. قبلا روش گشتاورها برای بیان توزیع آب زیرسطحی با داده¬های ورودی حاصل از شبیه¬سازی¬های عددی و با فرض یک عمق غرقابی ثابت در جویچه به¬جای استفاده از داده¬های اندازه¬گیری شده میدانی به¬کار برده شده است. با این¬حال، عمق جریان در مزرعه متغیر می¬باشد. به-منظور توسعه مطالعه ذکر شده، در این مطالعه اثر تغییرات در عمق غرقابی در سطح نفوذ روی توزیع رطوبت خاک و چگونگی تاثیر آن بر توسعه پیاز رطوبتی حاصل تحت شرایط واقعی در مزرعه توسط این روش مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، یک آزمایش میدانی در یک جویچه مسطح انتها بسته در مرکز کشاورزی ماریکوپا (MAC)، اریزونا، ایالات متحده امریکا برای جمع¬آوری داده¬های لازم انجام شد. یکی از پرکاربردترین کودها نیترات می¬باشد. از آن¬جایی¬که نیترات توسط ذرات خاک جذب نمی¬شود، بسیار شبیه به بروماید می¬باشد. وجود ترکیبات نیتراتی در خاک معمولا دقت اندازه¬گیری را کاهش می¬دهد. از این¬رو، از بروماید به شکل پتاسیم بروماید (KBr) بعنوان یک ردیاب برای بررسی این¬که چه مقدار کود پس از کاربرد در خاک باقی می¬ماند در آزمایش استفاده شد. بر اساس مقادیر اندازه¬گیری شده و مشخصه جویچه مورد آزمایش، مدل¬های جریان¬های سطحی و زیرسطحی برای شبیه¬سازی این فرآیند انتقال مورد استفاده قرار گرفتند. WinSRFR زمان¬های پیشروی (RMSE برابر 52/1 دقیقه) و عمق¬های جریان (R و RMSE به¬ترتیب برابر با 943/0 و 11 میلی¬متر) را در طول جویچه با دقت بسیار بالایی شبیه¬سازی کرد. مقادیر رطوبت حجمی خاک شبیه¬سازی شده با عمق-های غرقابی متغیر و ثابت (متوسط) با استفاده از HYDRUS 2D/3D تقریبا یکسان بود (R و RMSE به¬ترتیب برابر با 99/0 و 01/0) و هر دو به¬خوبی با داده¬های میدانی قابل مقایسه بودند (RMSE برابر با 04/0 و 03/0 به¬ترتیب برای عمق¬های غرقابی متغیر و ثابت). از این رو، تنها از مقادیر رطوبت خاک شبیه¬سازی شده با عمق¬های غرقابی متغیر برای محاسبه گشتاورها استفاده شد. داده¬های اندازه¬گیری شده و شبیه¬سازی شده هر دو اهمیت تبخیر را در توزیع مجدد آب و ردیاب نشان دادند. با در نظر گرفتن تبخیر، متوسط مقدار R بین رطوبت¬های اندازه¬گیری و شبیه¬سازی شده برای کل جویچه از 55/0 به 65/0 افزایش و متوسط مقدار RMSE از 037/0 به 025/0 کاهش یافت. متوسط مقدار R بین غلظت¬های بروماید اندازه¬گیری و شبیه¬سازی شده برای کل جویچه نیز از 90/0 به 95/0 افزایش و متوسط مقدار RMSE از 018/0 به 012/0 mg cm-3 خاک کاهش یافت. گنجاندن تبخیر در شبیه¬سازی¬ها، نتایج را به¬طور قابل توجهی بخصوص در لایه 15 سانتی¬متری بالایی خاک بهبود بخشید. غلظت¬های بروماید شبیه¬سازی شده از 35، 36 و 58 به 55، 55 و 89 mg cm-3 خاک به¬ترتیب برای ایستگاه¬های S1، S3 و S5 افزایش یافتند. با این حال، بیشتر بروماید شبیه¬سازی شده در نیمرخ بالایی خاک قرار گرفت، در حالی¬که نفوذ بیشتری در مزرعه مشاهده شد. دلایل ممکن برای تفاوت¬های مشاهده شده در بخش نتایج و بحث مورد بررسی قرار گرفت.

Text of Note

Abstract: Despite increasing use of pressurized irrigation methods, most irrigation projects worldwide still involve surface systems. Surface irrigation will remain the principal method of irrigation for vegetable crops in the lower Colorado River Region (LCRR) of the southwestern US for the foreseeable future. Improvements in irrigation efficiency remain a high priority due to lingering drought in the region and concern about the environmental impacts of agricultural chemicals on ground and surface water. Accurate estimation of the amount of infiltrating water and its spatial distribution in the soil is of great importance in design and management of furrow irrigation. The main purpose of this study was suface – subsurface experimental investigation and numerical simulation of water movement and transport of a nitrate-only fertilizer along a closed-end level furrow irrigation using the WinSRFR and HYDRUS 2D/3D softwares, repectively for the surface and subsurface flow. Most of the soil surface is wetted in furrow systems. Water may be lost from an irrigated furrow through evaporation from the soil surface. Soil evaporation potentially affects distribution of water and solutes in the soil profile. Although many studies have neglected the effect of evaporation as it is considerably small compared to other fluxes, some others have included that in the simulations. However, no study has been conducted to specifically compare the flow and transport process excluding and including the effect of evaporation from soil surface in furrow irrigation. In the present study is also considered the effect of evaporation from bare soil surface on the distribution of the soil water and bromide in the soil and how that would affect the evolving of the resulting bulbs. In addition to the simulation of subsurface soil water distribution with HYDRUS 2D/3D model, moment analysis was used to describe the subsurface distribution of soil water in an irrigated furrow. Moment analysis has previously been applied to describe the subsurface water distribution using input data from numerical simulations rather than field measured data, and assuming a constant depth in the furrow. However, flow depths are variable in the field. To extend the mentioned study, the effect of variations in ponding depth at the infiltrating surface on soil water distribution and its influence on the development of the resulting wetting bulb under real conditions in the field was also evaluated in this study. To this end, a field experiment was conducted in a blocked-end level furrow at Maricopa Agricultural Center (MAC), Arizona, USA, to gather the required data. Nitrate is very similar to bromide as it does not undergo adsorption. Hence, bromide in the form of potassium bromide (KBr) was used as a conservative tracer to look at what fertilizer is left residual after application. WinSRFR predicted the advance times (RMSE=1.52 min) and flow depths (R=0.943 and RMSE=11 mm) along the furrow with very high accuracy. The simulated volumetric soil water contents run with variable and constant (average) ponding depths using HYDRUS 2D/3D were almost identical (R=0.99 and RMSE=0.01), and both compared favorably with the field data (RMSE=0.04 and 0.03 for variable and constant ponding depths, crespectively). Hence, only the simulated soil water contents with variable ponding depths were used to calculate the moments. Both measured and simulated data showed the importance of evaporation in the redistribution of water and tracer. Considering evaporation, the average value of R between the measured and simulated soil water content for the entire furrow increased from 0.55 to 0.65, and the average value of RMSE decreased from 0.037 to 0.025. The average value of R between the measured and simulated values of bromide concentrations for the whole furrow also increased from 0.90 to 0.95, and the average value of RMSE decreased from 0.018 to 0.012 mg cm-3 of soil. The inclusion of evaporation in the simulations improved the results considerably, especially in the upper 15-cm soil layer. Simulated values of bromide concentrations increased from 35, 36 and 58 to 55, 55 and 89 mg cm-3 of soil for stations S1, S3 and S5, respectively. However, most of the bromide mass simulated by the model ended up in the upper soil profile, while much greater penetration was detected in the field. Possible reasons for these observed differences were discussed.

Variant Title

Simulation of the surface – subsurface water flow and fertilizer transport in furrow irrigation

Entry Element

‏کاظمی،

Part of Name Other than Entry Element

‏هانیه

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

‏اشرف صدرالدینی،

Entry Element

ناظمی،

Entry Element

اوستان،

Part of Name Other than Entry Element

‏علی

Part of Name Other than Entry Element

‏ امیرحسین

Part of Name Other than Entry Element

‏ شاهین

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز